Artykuł metodologiczny

Rozdział 18Znakowanie F radioznaczników funkcjonalizowanych akceptorem fluorku krzemu (SiFA) do pozytonowej tomografii emisyjnej

7K wyświetleń

⸱

DOI:

10.3791/60623

⸱

11 stycznia 2020

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Oncology, University of Alberta, 2Department of Nuclear Medicine, University Hospital of Munich, 3ENETS Centre of Excellence, Interdisciplinary Center of Neuroendocrine Tumors of the GastroEnteroPancreatic System, LMU Munich, 4Biomedical Chemistry, Department of Clinical Radiology and Nuclear Medicine, Medical Faculty Mannheim of Heidelberg University, 5Molecular Imaging and Radiochemistry, Department of Clinical Radiology and Nuclear Medicine, Medical Faculty Mannheim of Heidelberg University

* These authors contributed equally

W tym artykule

Podsumowanie

Synteza radiofarmaceutyków znakowanych fluorem-18 (18F) do pozytonowej tomografii emisyjnej zazwyczaj wymaga miesięcy doświadczenia. Po włączeniu do radioznacznika, motyw akceptora krzemowo-fluorkowego (SiFA) umożliwia prosty protokół znakowania 18F, który jest niezależny od kosztownego sprzętu i szkolenia przygotowawczego, przy jednoczesnym zmniejszeniu ilości potrzebnego prekursora i wykorzystaniu łagodniejszych warunków reakcji.

Streszczenie

Motyw strukturalny di-tert-butylofluorosililobenzenu znany jako akceptor fluorku krzemu (SiFA) jest użytecznym znacznikiem w zestawie narzędzi radiochemików do włączania radioaktywnego [18F]fluorku do znaczników do użycia w pozytonowej tomografii emisyjnej. W porównaniu z konwencjonalnymi strategiami znakowania radioaktywnego, wymiana izotopowa fluoru-19 z SiFA z fluorkiem [18F] odbywa się w temperaturze pokojowej i wymaga minimalnej liczby uczestników reakcji. Powstawanie produktów ubocznych jest więc znikome, a oczyszczanie jest znacznie uproszczone. Jednakże, podczas gdy cząsteczka prekursorowa używana do znakowania i końcowy produkt znakowany radioizotopowo są izotopowo odrębne, są one chemicznie identyczne, a zatem są nierozłączne podczas procedur oczyszczania. Znacznik SiFA jest również podatny na degradację w podstawowych warunkach wynikających z przetwarzania i suszenia [18F]fluorku. "Metoda 4 kropli", w której tylko pierwsze 4 krople eluowanego fluorku [18F] są używane z ekstrakcji do fazy stałej, zmniejsza ilość zasady w reakcji, ułatwia zmniejszenie molowych ilości prekursora i zmniejsza degradację.

Wprowadzenie

Fluorine-18 (109-minutowy okres półtrwania, 97% emisji pozytonów) jest jednym z najważniejszych radionuklidów dla pozytonowej tomografii emisyjnej (PET), nieinwazyjnej metody obrazowania, która wizualizuje i określa ilościowo biodystrybucję znakowanych radioaktywnie znaczników dla różnych chorób1. Peptydy i białka są szczególnie trudne do znakowania fluorkiem [18F], ponieważ wymagają bloków budulcowych utworzonych przez wieloetapowe syntezy2. Aby zmniejszyć złożoność znakowania radioaktywnego 18F, niedawno wprowadzono akceptor fluorku krzemu (SiFA) jako niezawodne narzędzie3. Grupa SiFA składa się z centralnego atomu krzemu połączonego z dwiema trzeciorzędowymi grupami butylowymi, derywatyzowanym ugrupowaniem fenylowym i nieradioaktywnym atomem fluoru. Trzeciorzędowe grupy butylowe nadają stabilność hydrolityczną wiązaniu krzem-fluorek, co jest krytyczną cechą dla zastosowań in vivo koniugatów SiFA jako środków obrazowania.

Po przyłączeniu do małej cząsteczki lub biomolekuły, elementy budulcowe SiFA wiążą radioaktywne [18F]fluorkowe aniony, wymieniając fluor-19 na fluor-18 w stężeniach nanomolowych, nie tworząc przy tym znaczących ilości radioaktywnych produktów ubocznych4. Co więcej, wysoką wydajność radiochemiczną można szybko osiągnąć poprzez znakowanie ugrupowania SiFA w dipolarnych rozpuszczalnikach aprotonowych w niskich temperaturach. Jest to wyraźny kontrast z klasycznymi reakcjami wymiany izotopowej, w których powstają radioznaczniki o niskiej aktywności właściwej5. W takich przypadkach należy użyć dużych ilości prekursora (w zakresie miligramów) w celu uzyskania rozsądnego włączenia [18F]fluorku. Reakcje wymiany izotopowej z wykorzystaniem SiFA są znacznie bardziej wydajne, co potwierdzają badania kinetyczne i obliczenia teorii funkcjonału gęstości6,7. Znakowane SiFA można łatwo oczyścić przez ekstrakcję do fazy stałej, ponieważ zarówno znakowane, jak i nieznakowane związki SiFA są chemicznie identyczne. Różni się to od tradycyjnych znaczników znakowanych radioizotopem, w których cząsteczka prekursorowa i znakowany produkt są dwoma różnymi gatunkami chemicznymi i muszą zostać rozdzielone po znakowaniu radioaktywnym za pomocą wysokosprawnej chromatografii cieczowej (HPLC). Korzystając z bloków budulcowych SiFA, małe cząsteczki, białka i peptydy mogą być z powodzeniem znakowane fluorkiem [18F] za pomocą jedno- i dwuetapowych protokołów znakowania pozbawionych skomplikowanych procedur oczyszczania (Rysunek 1)4,8,9. Co więcej, niektóre związki znakowane SiFA są niezawodnymi środkami do obrazowania in vivo przepływu krwi i nowotworów10. Prostota chemii SiFA umożliwia nawet nieprzeszkolonym badaczom wykorzystanie fluorku [18F] do syntezy i rozwoju radioznaczników.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Protokół

UWAGA: Należy pamiętać, że 18F jest izotopem radioaktywnym, dlatego konieczne jest przeprowadzenie wszystkich procedur za odpowiednim ekranowaniem. Ekranowanie ołowiem jest odpowiednie dla tego typu promieniowania. Pamiętaj, aby nosić plakietki wykrywania promieniowania przez cały czas trwania tej procedury. Dodatkowo po syntezie należy natychmiast wyrzucić rękawice przed dotknięciem czegokolwiek, ponieważ mogą być skażone aktywnością radioaktywną. Korzystaj z monitorów ręczno-nożnych, a także liczników Geigera do naleśników, aby sprawdzić, czy rękawy, dłonie i stopy nie są zanieczyszczone.

1. Suszenie azeotropowe 18F-anionów

UWAGA: Rysunek 2A pokazuje wykres przepływu pracy tej procedury, która trwa ~10 min.

  1. Przygotować czwartorzędowy wkład anionowymienny metyloamoniowy (QMA) (tabela materiałów), przepuszczając przez wkład 0,5 M K2CO3 (10 ml), a następnie wodę dejonizowaną (10 ml).
  2. Przepuścić wodny roztwór [18F]F-/[18O]H2O (100−500 MBq) przez wstępnie kondycjonowany wkład QMA w odwrotnej kolejności, używając adaptera męskiego na męski. Wyrzuć [18O]H2O.
    UWAGA: Kroki te można wykonać za pomocą modułu automatycznej syntezy lub za pomocą dodatkowego ekranowania na strzykawce.
  3. Eluować pierwsze cztery krople utrwalonych anionów fluorku [18F] z wkładu QMA do przygotowanego roztworu [2.2.2]cryptand (tabela materiałów) (10 mg), 0,2 M K2CO3 (50 μL, 10 μmol) i acetonitrylu (1 ml) w grubościennej v-fiolce i zamknąć fiolkę.
    UWAGA: Używane są tylko pierwsze cztery krople, ponieważ większość radioaktywnego fluorku [18F] jest wymywana z QMA w tych kroplach. Zmniejsza to ilość zasady przenoszonej do przodu w roztworze podstawowym [18F]fluorku, co jest konieczne, aby uniknąć degradacji ugrupowania SiFA.
  4. Zamknąć fiolkę i umieścić w łaźni z olejem mineralnym o temperaturze 90 °C, umieszczonej na płycie grzejnej. Wprowadzić igłę odpowietrzającą i igłę podłączoną do strumienia argonu gazowego do przegrody nasadki fiolki. Odczekać 5 minut, aby odparować rozpuszczalniki pod delikatnym strumieniem argonu. Usuń wszelkie pozostałe ślady wody, dodając 1 ml acetonitrylu w celu ułatwienia azeotropowego współparowania. Powtórz ten krok 2 razy, aby zapewnić suchość.
  5. Po widocznym usunięciu rozpuszczalnika należy zatrzymać przepływ argonu, wyjąć strzykawki z nakrętki fiolki i wyjąć fiolkę z kąpieli olejowej.
  6. Zawiesić wysuszony [18F]fluorek w wybranym rozpuszczalniku reakcyjnym.
    UWAGA: W tym przypadku dodaje się acetonitryl (1 ml) w celu wytworzenia roztworu podstawowego wysoce reaktywnego [18F-]F- (100−500 MBq). To rozwiązanie może być teraz używane do etykietowania.

2. Jednoetapowe oznaczanie ligandów SiFA

UWAGA: Rysunek 2B pokazuje wykres przebiegu tej procedury, która trwa ~15 minut.

  1. Przygotuj wkład C-18 (tabela materiałów), przepłukując go etanolem (10 ml) i wodą destylowaną (10 ml).
  2. Dodać roztwór podstawowy [18F-] fluorku do fiolki reakcyjnej zawierającej prekursor znakowany SiFA (100 μl, 20−100 nmol). Odczekać, aby reakcja etykietowania postępowała przez 5 minut w temperaturze pokojowej bez mieszania roztworu.
    UWAGA: Można dodać cały roztwór podstawowy lub podwielokrotność, w zależności od tego, jak duża aktywność jest pożądana w reakcji.
  3. Pobrać mieszaninę reakcyjną do strzykawki o pojemności 20 ml zawierającej 0,1 M buforu fosforanowego (9 ml) i przepuścić roztwór przez wstępnie przygotowany wkład C-18 w celu wychwytywania oznakowanego znacznika.
  4. Umyć wkład wodą destylowaną (5 ml), następnie wymyć uwięziony znacznik z wkładu C-18 etanolem (300 μl) i rozcieńczyć sterylnym buforem fosforanowym do wstrzykiwań (3 ml).
  5. Przepuścić oczyszczony znacznik [18F]SiFA przez sterylny filtr.
    UWAGA: Aby uzyskać wyraźny obraz PET do obrazowania małych zwierząt, podzielona dawka pacjenta powinna wynosić od 5 do 8 MBq. W przypadku stosowania u ludzi, dawka dla pacjenta powinna wynosić od 200 do 300 MBq.
  6. Wstrzyknąć małą porcję (~4 MBq) oczyszczonego znacznika [18F]SiFA do systemu HPLC wyposażonego w kolumnę C-18 z odwróconymi fazami, aby potwierdzić, że czystość radiochemiczna jest większa niż 95%.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Wyniki

Uproszczona wymiana izotopowa SiFA pozwala na osiągnięcie wysokiego stopnia wbudowania radiochemicznego fluorku [18F] (60−90%) przy minimalnym stopniu złożoności syntezy (Rycina 1). Większość cząsteczek może zostać znakowana radiologicznie fluorkiem [18F] w jednym kroku, bez konieczności stosowania HPLC do oczyszczania (Rycina 2). Radio-HPLC może być wykorzystywane do kontroli jakości, przy czym pik absorbancji w ultrafiolecie (UV) produktu...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Dyskusja

Chemia znakowania SiFA stanowi jedną z pierwszych 18metod znakowania F, wykorzystującą niezwykle wydajną reakcję wymiany izotopowej, którą można przeprowadzić w temperaturze pokojowej. Typowa reakcja radiochemiczna polega na tworzeniu wiązania węgiel-fluor poprzez reakcję [18F]fluorku o funkcji reaktywnej fluoru poprzez szlak eliminacji lub substytucji. Te warunki reakcji są często trudne, przeprowadzane przy ekstremalnym pH lub wysokiej temperaturze i są obciążone produktami ubocznymi lub uczestnik...

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Oświadczenia

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

Podziękowania

Autorzy nie mają żadnych podziękowań.

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Materiały

Lista materiałów użytych w tym artykule
NazwaFirmaNumer katalogowyKomentarze
[18F]F-/H2[18O]O(wyprodukowano cyklotron)--
[2.2.2]CryptandAldrich291110Kryptofix 2.2.2
Acetonitryl bezwodnyAldrich271004-Dejonizowana
wodaBaxterJF7623-Etanol
, bezwodnealkoholehandlowe-Węglan
potasuAldrich
209619-QMA wkładWody186004540QMA SepPak Lekki wkład (46 mg)
Sprzęt
wkład C-18WodyWAT023501C-18 SepPak Lekki wkład
kolumna C18Phenomenex00G-4041-N0HPLC Luna C18 250 x 10 mm, 5 &mikro; m
HPLCAgilentTechnologies-HPLC1200 seria
skaner micro-PETSkaner Siemens-micro-PETR4 Radio-TLC
czytnik płytekMini Gita
Sterylny filtr 0,22 i mikro; mMiliporySLGP033RS-
Raytest-Radio-TLC

Bibliografia

  1. Wahl, R. L., Buchanan, J. W. Principles and practice of positron emission tomography. , Lippincott Williams & Wilkins. Philadelphia, PA. (2002).
  2. Wängler, C., Schirrmacher, R., Bartenstein, P., Wängler, C. Click-chemistry reactions in radiopharmaceutical chemistry: Fast & easy introduction of radiolabels into biomolecules for in vivo imaging. Current Medical Chemistry. 17, 1092-1116 (2010).
  3. Schirrmacher, R., et al. 18F-labeling of peptides by means of an organosilicon-based fluoride acceptor. Angewandte Chemie International Edition. 45, 6047-6050 (2006).
  4. Kostikov, A. P., et al. Oxalic acid supported Si-18F-radiofluorination: One-step radiosynthesis of N-succinimidyl 3-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzoate ([18F]SiFB) for protein labeling. Bioconjugate Chemistry. 23 (1), 106-114 (2012).
  5. Cacace, F., Speranza, M., Wolf, A. P., Macgregor, R. R. Nucleophilic aromatic substitution; kinetics of fluorine-18 substitution reactions in polyfluorobenzenes. Isotopic exchange between 18F- and polyfluorobenzenes in dimethylsulfoxide. A kinetic study. Journal of Fluorine Chemistry. 21, 145-158 (1982).
  6. Schirrmacher, E., et al. Synthesis of p-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzaldehyde ([18F]SiFA-A) with high specific activity by isotopic exchange: A convenient labeling synthon for the 18F-labeling of N-amino-oxy derivatized peptides. Bioconjugate Chemistry. 18, 2085-2089 (2007).
  7. Kostikov, A., et al. N-(4-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzyl)-2-hydroxy-N,N-dimethylethylammonium bromide ([18F]SiFAN+Br-): A novel lead compound for the development of hydrophilic SiFA-based prosthetic groups for 18F-labeling. Journal of Fluorine Chemistry. 132, 27-34 (2011).
  8. Wängler, B., et al. Kit-like 18F-labeling of proteins: Synthesis of 4-(di-tert-butyl[18F]fluorosilyl)benzenethiol (Si[18F]FA-SH) labeled rat serum albumin for blood pool imaging with PET. Bioconjugate Chemistry. 20, 317-321 (2009).
  9. Iovkova, L., et al. para-Functionalized aryl-di-tert-butylfluorosilanes as potential labeling synthons for 18F radiopharmaceuticals. Chemistry. 15, 2140-2147 (2009).
  10. Wängler, C., et al. One-step 18F-labeling of carbohydrate-conjugated octreotate-derivatives containing a silicon-fluoride-acceptor (SiFA): In vitro and in vivo evaluation as tumor imaging agents for positron emission tomography (PET). Bioconjugate Chemistry. 21, 2289-2296 (2010).
  11. Ilhan, H., et al. First-in-human 18F-SiFAlin-TATE PET/CT for NET imaging and theranostics. European Journal of Nuclear Medicine and Molecular Imaging. 46, 2400-2401 (2019).

Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.

Przedruki i uprawnienia

Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE

Poproś o pozwolenie

Tagi

Znakowanie fluorem 18reakcja wymiany izotopowejmetoda czterech kropelwk ad QMAwk ad C18znakowanie w temperaturze pokojowejoczyszczanie radiotraceraobrazowanie PET

Powiązane artykuły